(57)【要約】【課題】微細な溝などであっても磁気研磨を行うことができる磁気研磨方法および磁気研磨装置を提供すること。【解決手段】磁性砥粒Ｆを用いて溝Ｍの内面を研磨する磁気研磨方法において、対向配置された一対のコイル１、２に対して互いに逆方向の電流を流し、その周囲に磁場を発生させる磁場発生工程と、上記磁場発生工程中、上記一対のコイル１、２に上記磁性砥粒Ｆと溝Ｍを近接するとともに、これら磁性砥粒Ｆと溝Ｍを相対移動させて、上記溝Ｍの表面を研磨する研磨工程とを具備する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気研磨用砥粒を用いて被加工物の加工面を研磨する磁気研磨方法において、
対向配置された一対のコイルに対して互いに逆方向の電流を流し、その周囲に磁場を発生させる磁場発生工程と、
上記磁場中で上記磁気研磨用砥粒と被加工物を相対移動させて、上記加工面を研磨する研磨工程と、
を具備することを特徴とする磁気研磨方法。
【請求項２】
上記研磨工程では、上記一対のコイルに流す電流比を変化させることで、上記磁気研磨用砥粒と被加工物を相対移動させることを特徴とする請求項１記載の磁気研磨方法。
【請求項３】
上記研磨工程の前に、上記加工面が上記一対のコイルの中心を結ぶ直線に対して傾斜するよう上記被加工物を配置する配置工程をさらに具備することを特徴とする請求項１記載の磁気研磨方法。
【請求項４】
磁気研磨用砥粒を用いて被加工物の加工面を研磨する磁気研磨装置において、
対向配置された一対のコイルと、
上記一対のコイルに対して互いに逆方向の電流を流して磁場を発生させる電流供給手段と、
を具備し、
上記磁場中で上記磁気研磨砥粒と被加工物を相対移動させて、上記加工面を研磨することを特徴とする磁気研磨装置。
【請求項５】
上記一対のコイルに流す電流比を変化させる制御手段をさらに具備することを特徴とする請求項４記載の磁気研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気研磨用砥粒を用いて被加工物を研磨する磁気研磨方法および磁気研磨装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
機械加工では加工困難な部品を研磨するための技術として磁気研磨方法が知られている。磁気研磨方法とは、磁場を用いて被加工物を研磨する研磨方法のことであり、具体的には、磁場を発生させる研磨工具とこの研磨工具に離間対向して配置される被加工物との間に磁性砥粒を存在させて、研磨工具と被加工物とを相対移動させる。
【０００３】
この場合、被加工物の周囲に存在する磁性砥粒は、研磨工具から発生する磁場に拘束されるため、研磨工具と被加工物を相対移動させると、磁性砥粒が被加工物と摺接し、その表面が研磨される。
【０００４】
この磁気研磨方法によれば、従来方法のように、工具と被加工物とを接触させることがないため、被加工物の表面をより平滑にすることが可能となり、また従来は加工困難であった複雑な曲面の研磨や、工具が入り込めない部分の研磨などを行うことが可能となる。
【０００５】
例えば、磁気研磨の第一人者である進村武雄宇都宮大学教授は、コンピュータＨＤＤのアクセスアームの精密仕上げや、細長いクリーンパイプの内面の研磨に、この磁気研磨方法を適用できると紹介している（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００６】
アクセスアームの精密仕上げでは、磁性砥粒が投入されたＮ極とＳ極間の領域にアクセスアームを挿入し、この領域内でアクセスアームを振動させると、磁性砥粒とアクセスアームが相対運動するから、アクセスアームの表面が研磨されると説明されている。
【０００７】
また、クリーンパイプの内面の研磨では、クリーンパイプの一端から磁性砥粒を投入し、クリーンパイプの外側で磁極を回転させることで、磁性砥粒とパイプが相対運動するから、パイプの内面が研磨されると説明されている。
【０００８】
このように、磁気研磨方法は、従来困難であった加工を実現するものとして徐々に実用化されてきている。
【０００９】
ところで、磁気研磨方法により被加工物を研磨する場合、被加工物と磁性砥粒とを相対運動させるために、研磨工具と被加工物とを相対運動させていた。例えば、上述のアクセスアームの精密仕上げでは、アクセスアームを振動させており、クリーンパイプの内面の研磨では、パイプの外側で磁極を回転させている。
【００１０】
研磨工具と被加工物に相対運動を与える方法としては、以下に示すように、様々な方法が開示されている。
【００１１】
例えば、永久磁石からなる円柱形状の研磨工具をその軸心線周りに回転させることで、研磨工具と被加工物を相対運動させる方法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【００１２】
また、電歪素子からなるアクチュエータにより、研磨工具を被加工物の加工面と平行な方向、および加工面と垂直な方向に微小振動させることで、研磨工具と被加工物を相対運動させる方法も開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
【００１３】
さらに、球状の研磨工具に超音波振動を付与して、研磨工具と被加工物を相対運動させて磁気研磨する方法や、球状の研磨工具の周囲に電磁石を配設し、この電磁石により研磨工具を回転させることで、研磨工具と被加工物を相対運動させる方法も開示されている（例えば、特許文献３参照。）。
【００１４】
一方、非磁性体で形成された容器内に液状の非磁性研磨材を入れ、その中に磁性体小片と被加工物を浸漬し、非磁性研磨材と被加工物とを相対運動させて磁気研磨する方法も開示されている（例えば、特許文献４参照。）。
【００１５】
この方法では、容器の外部底面に電磁石を配設し、この電磁石を三相交流駆動電源により励磁する。このとき、一定時間ごとに三相交流駆動電源の２相を切り換えて磁場の移動を反転させ、これにより容器内の磁性体小片を移動させることで、非磁性研磨材に流れを発生させて被加工物を研磨している。
【特許文献１】特開平４−２５３６９号公報
【特許文献２】特許２６８２２６０号公報
【特許文献３】特開２００３−４８１５２号公報
【特許文献４】特開平７−３４６１６６号公報
【非特許文献１】宇都宮大学会報１９９８年１０月号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、従来の磁気研磨方法では、永久磁石や電磁石等を被研磨面の近傍まで接近させないと、磁気研磨に十分な磁場を得ることが困難であった。例えば、特開平５−８１６９号公報に開示される方法は、コイルに電流を流して磁場を発生させるものであるが、磁性体である工具を被加工物の近傍に近づける必要があった。
【００１７】
また、特許文献１〜３に記載された各技術も磁場発生手段である研磨工具を被加工物に十分接近させる必要があった。
【００１８】
このため、微細な溝や穴を加工する場合に代表されるように、種々の理由により被加工面の近傍に工具を接近させることができない場合は、磁気研磨を行うこと自体、あるいは十分な研磨レートで磁気研磨を行うことが困難であった。
【００１９】
また、従来の磁気研磨方法では、研磨工具と被加工物とを相対移動させるための駆動機構が必要となり、装置の小型化に限界があった。
【００２０】
また、特許文献４の磁気研磨方法では、研磨工具と被加工物とを相対移動させるための駆動機構を必要としないが、溝内面の研磨に適用できないという問題があった。
【００２１】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、微細な溝の内面であっても磁気研磨を行うことができる磁気研磨方法および磁気研磨装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記課題を解決し目的を達成するために、本発明の磁気研磨方法および磁気研磨装置は次のように構成されている。
【００２３】
（１）磁気研磨用砥粒を用いて被加工物の加工面を研磨する磁気研磨方法において、対向配置された一対のコイルに対して互いに逆方向の電流を流し、その周囲に磁場を発生させる磁場発生工程と、上記磁場中で上記磁気研磨用砥粒と被加工物を相対移動させて、上記加工面を研磨する研磨工程とを具備することを特徴とする。
【００２４】
（２）（１）に記載された磁気研磨方法であって、上記研磨工程では、上記一対のコイルに流す電流比を変化させることで、上記磁気研磨用砥粒と被加工物を相対移動させることを特徴とする。
【００２５】
（３）（１）に記載された磁気研磨方法であって、上記研磨工程の前に、上記加工面が上記一対のコイルの中心を結ぶ直線に対して傾斜するよう上記被加工物を配置する配置工程をさらに具備することを特徴とする。
【００２６】
（４）磁気研磨用砥粒を用いて被加工物の加工面を研磨する磁気研磨装置において、対向配置された一対のコイルと、上記一対のコイルに対して互いに逆方向の電流を流して磁場を発生させる電流供給手段とを具備し、上記磁場中で上記磁気研磨砥粒と被加工物を相対移動させて、上記加工面を研磨することを特徴とする。
【００２７】
（５）（４）に記載された磁気研磨装置であって、上記一対のコイルに流す電流比を変化させる制御手段をさらに具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、微細な溝の内面であっても磁気研磨を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【００３０】
図１は本発明の一実施の形態に係る磁気研磨装置の正面図、図２は同実施の形態に係る磁気研磨装置の正面図である。
【００３１】
図１と図２に示すように、この磁気研磨装置は第１のコイル１と第２のコイル２を有している。第１、第２のコイル１、２は、複数の金属線をリング状に束ねた構造をしており、各々の軸心線Ｌ１が略一致するように対向配置されている。
【００３２】
第１、第２のコイル１、２には電源３が接続されており、この電源３に対して制御装置４から信号を与えることで、第１、第２のコイル１、２に流す電流を制御できるようになっている。なお、図１中のＫは、磁場ポテンシャル（後述する）が等しくなる、いわゆる等ポテンシャル面を示している。
【００３３】
次に、上記構成の磁気研磨装置を使用する際の作用について説明する。
【００３４】
本実施の形態では、磁気研磨装置の加工対象として、細長い溝Ｍを有するワークＷ（被加工物）を用いる。
【００３５】
この磁気研磨装置を使用する場合、第１、第２のコイル１、２の近傍にワークＷを溝Ｍの軸心線Ｌ２と第１、第２のコイル１、２の軸心線Ｌ１とが所定の角度θ（０度＜θ＜９０度）で傾斜するように配置する。
【００３６】
なお、溝Ｍの内部には液状の研磨材を供給しておく。この研磨材は、非磁性液体の中に磁性紛と砥粒を一体化させた磁性砥粒Ｆを混入したものである。磁性砥粒Ｆを非磁性液体に混入するのは、後述するように第１、第２のコイル１、２に電流を流したとき、その周囲に発生する磁場によって磁性砥粒Ｆが第１、第２のコイル１、２に付着するのを防止するためである。
【００３７】
ワークＷを第１、第２のコイル１、２の近傍に配置したら、第１、第２のコイル１、２に軸心線Ｌ１を中心として逆方向の電流を流す。これによって、第１、第２のコイル１、２の周辺には磁場（カスプ磁場）が発生し、溝Ｍ内の磁性砥粒Ｆは非磁性液体中を磁場ポテンシャルの高い方向に移動する。
【００３８】
このとき、図３、図４に示すように、第１、第２のコイル１、２に流す電流強度を制御装置４により制御すると、図５に示すように、第１、第２のコイル１、２の周囲に形成される磁場の変化によって、磁場ポテンシャルが最も高くなる位置が移動する。磁性砥粒Ｆは、上述のように磁場ポテンシャルの高い方向に移動する性質を持っているので、磁場ポテンシャルが最も高くなる位置の移動に伴って、溝Ｍ内の移動を繰り返す。
【００３９】
なお、図３中に実線で示す曲線は第１のコイル１に流す電流の強度を示し、一点鎖線で示す曲線は第２のコイル２に流す電流の強度を示している。また、本実施の形態では、電流の強度変化の周波数を約１６０［Ｈｚ］に設定している。
【００４０】
図３、図４に示す時点Ａでは、第１のコイル１と第２のコイル２に流す電流強度が略等しくなるため（例えば、１［Ａ］）、第１のコイル１と第２のコイル２の周囲には略等しい強さの磁場が発生する。その結果、第１のコイル１側と第２のコイル２側の両方の磁場ポテンシャルが大きくなり、溝Ｍ内の磁性砥粒Ｆは非磁性液体中を第１、第２のコイル１、２側に向かって（矢印Ｒ）移動する。なお、このときの等ポテンシャル面を図５（ａ）に示す。
【００４１】
図３、図４に示す時点Ｂでは、第１のコイル１に流れる電流強度が第２のコイル２に流れる電流強度よりも大きいため（例えば、第１のコイル１が２［Ａ］、第２のコイル２が０［Ａ］）、第１のコイル１側には第２のコイル２側より強い磁場が発生する。その結果、第１のコイル１側の磁場ポテンシャルが第２のコイル２側より高くなり、溝Ｍ内の磁性砥粒Ｆが非磁性液体中を第１のコイル１側に向かって（矢印Ｓ）移動する。なお、このときの等ポテンシャル面を図５（ｂ）に示す。
【００４２】
図３に示す時点Ｃでは、第２のコイル２に流れる電流強度が第１のコイル１に流れる電流強度よりも大きいため（例えば、第１のコイル１が０［Ａ］、第２のコイルが２［Ａ］）、第２のコイル２側には第１のコイル１より強い磁場が発生する。その結果、第２のコイル２側の磁場ポテンシャルが第１のコイル１側に比べて高くなり、溝Ｍ内の磁性砥粒Ｆは非磁性液体中を第２のコイル２側に向かって（矢印Ｔ）移動する。
【００４３】
このように、溝Ｍ内の磁性砥粒Ｆが非磁性液体中を移動すると、溝Ｍの内面（加工面）に磁性砥粒Ｆが摺接し、その研磨作用によって溝Ｍの内面が研磨される。
【００４４】
すなわち、図２に示すように、第１、第２のコイル１、２に流す電流強度を制御することで、溝Ｍ内の磁性砥粒Ｆを溝Ｍの軸心線Ｌ２に沿って溝Ｍ内面に摺接させながら往復移動させることができる。そのため、第１、第２のコイル１、２に電流を所定の時間流すことで、溝Ｍ内面を所望の厚さ分だけ研磨することができる。
【００４５】
また、本実施の形態では、溝Ｍの軸心線Ｌ２を第１、第２のコイル１、２の軸心線Ｌ１に対して角度θで傾斜させている。そのため、溝Ｍ内を移動する磁性砥粒Ｆは、溝Ｍの内面に大きな抵抗力を与えるから、研磨レートを向上することができる。
【００４６】
下記［表１］に角度θと研磨レートおよび角度θと研磨精度の関係を示す。
【表１】
2005177894.tif 000003
【００４７】
［表１］からわかるように、角度θを０度に近づけると、磁性砥粒Ｆが溝Ｍに沿って移動するので、研磨レートが低下し、研磨精度が向上する。一方、角度θを９０度に近づけると、磁性砥粒Ｆが溝Ｍに対抗するように移動するため、研磨レートが向上し、研磨精度が低下する。この性質を利用すれば、ワークＷの配設時に角度θを調整することで、所望の研磨レートおよび研磨精度を得ることができる。
【００４８】
上記構成の磁気研磨装置によれば、高エネルギーが得られるカスプ磁場を用いて溝Ｍの内面を研磨している。
【００４９】
そのため、溝Ｍの狭小化に伴って、その周辺形状が複雑になり、第１、第２のコイル１、２を溝Ｍの近接できなくなっても、溝Ｍの内面を研磨することができる。
【００５０】
しかも、第１、第２のコイル１、２に流す電流強度を制御することで、カスプ磁場を変化させ、ワークＷと磁性砥粒Ｆを相対移動させている。
【００５１】
そのため、従来技術のように磁石をワークＭに対して相対移動させる必要が無いから、駆動装置が不要となり、装置の構成を簡単化、小型化することができる。さらに、電流強度を制御しているため、ワークＷと磁性砥粒Ｆの相対運動を容易に制御できるから、研磨レートを制御することができる。
【００５２】
また、ワークＷを第１、第２のコイル１、２の近傍に配置する際、溝Ｍの軸心線Ｌ２を第１、第２のコイル１、２の軸心線Ｌ１に対して傾斜させている。
【００５３】
そのため、溝Ｍ内を移動する磁性砥粒Ｆは、溝Ｍの内面に大きな摩擦量で接触するから、研磨レートを向上することができる。
【００５４】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々に変形可能である。例えば、加工対象Ｗは溝Ｍに限定されるものではなく、磁場の与え方によっては、孔の内面、或いは複雑な形状の穴の内面も研磨することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の一実施の形態に係る磁気研磨装置の正面図。
【図２】同実施の形態に係る磁気研磨装置の平面図。
【図３】同実施の形態に係るコイルに流す電流値を示すグラフ図。
【図４】同実施の形態に係る磁性砥粒Ｆの移動方向を示す説明図。
【図５】同実施の形態に係るコイル周辺に発生する磁場の等ポテンシャル面を示す概略図。
【符号の説明】
【００５６】
１…第１のコイル（コイル）、２…第２のコイル（コイル）、３…電源（電流供給手段）、４…制御装置（制御手段）、Ｆ…磁性砥粒（磁気研磨用砥粒）、Ｍ…溝（被加工物）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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